4 Culvert Data – Dữ liệu cống

Dữ liệu cống được nhập bằng cách chọn tùy chọn Input Properties từ menu Culvert, hoặc bằng cách nhấp chuột phải vào cống trong cửa sổ Project Explorer và chọn Input Properties. Các dữ liệu cống cần nhập bao gồm:

• Shapes – Hình dạng
• Material (Manning’s n) – Vật liệu (hệ số Manning n)
• Size – Kích thước
• Culvert Profile and Taper Type – Biên dạng cống và loại thuôn
• Inlet Configurations – Cấu hình cửa vào
• Inlet Depression – Độ hạ thấp cửa vào

Người dùng có thể nhập dữ liệu hiện trường cho từng cống trong phần dữ liệu cống của cửa sổ culvert properties. Người dùng có thể chọn nhập dữ liệu invert-đáy của cống hoặc dữ liệu chân mái đắp.

4.1 Shape – Hình dạng

HY-8 sẽ thực hiện các tính toán thủy lực cho các hình dạng cống sau (xem Hình 4.1):

• Ống tròn (Circular Pipe)
• Cống hộp (Box)
• Elip trục lớn nằm ngang (Elliptical long axis horizontal)
• Cống vòm hình ống (Pipe-Arch)
• Cống vòm (Arch)
• Cống vòm thấp (Low-Profile Arch)
• Cống vòm cao (High-Profile Arch)
• Cống hộp kim loại (Metal Box)
• Cống hình vòm đáy hở bằng bê tông (Concrete Open Bottom Arch)
• Cống hộp bê tông South Dakota (South Dakota Concrete Box)
• Người dùng tự định nghĩa (User Defined)

4.1.1 Concrete Open Bottom Arch – Cống hình vòm đáy hở bằng bê tông

Phiên bản HY-8 7.3 và các phiên bản sau có các hệ số để tính toán độ sâu inlet control cho các cống vòm đáy hở bằng bê tông (thường được gọi là cống Con/Span).

Đặc điểm hình học (Geometric Characteristics)

Cống Con/Span có cấu hình hình học, kích thước và hình dạng riêng biệt. Các tọa độ chính xác được sử dụng trong HY-8 để tính diện tích và các tham số hình học mặt cắt ngang khác được cung cấp trong tài liệu này. Vì các cống có thể được chế tạo để phù hợp với bất kỳ độ nâng (rise) nào cho một nhịp nhất định, HY-8 chứa các dữ liệu hình học cống với bước tăng 3 inch.

4.1.2 Inlet Control Polynomial Coefficients – Các hệ số đa thức kiểm soát tại cửa vào

Việc lựa chọn hình dạng cống và loại mép cửa vào (culvert shape and inlet edge type) sẽ xác định các hệ số đa thức sẽ được sử dụng trong tính toán.

Để biết thông tin chi tiết về các hệ số được sử dụng và xem các sơ đồ mô tả các cấu hình tường chắn cửa cống khác nhau, tham khảo Phụ lục A. Để tìm hiểu thêm về cách sử dụng các hệ số đa thức, tham khảo Phương trình Đa thức bậc năm (Fifth Degree Polynomial Equation).

4.1.3 South Dakota Concrete Box – Hộp bê tông South Dakota

Phiên bản HY-8 7.3 và các phiên bản sau có các hệ số để tính toán độ sâu inlet control bằng nghiên cứu được trình bày trong Tài liệu FHWA số FHWA-HRT-06-138, tháng 10/2006: Tác động của hình dạng cửa vào lên hiệu suất thủy lực của cống hộp (Effects of Inlet Geometry on Hydraulic Performance of Box Culverts).

Tổng quan và cách triển khai

Tài liệu “Tác động của hình dạng cửa vào lên hiệu suất thủy lực của cống hộp” mô tả một loạt các thử nghiệm nhằm thu thập hệ số thiết kế cho nhiều cấu hình cửa vào khác nhau trên cống hộp bê tông cốt thép. Các thử nghiệm này bao gồm:

• Biến thể của cấu hình tường cánh (wingwall) và vát cạnh đỉnh, bo tròn góc.
• Nhiều ống cống (multiple barrels).
• Tỷ lệ tĩnh ngang cống trên độ tĩnh cao cống (span-to-rise).
• Cửa vào xiên (skewed headwalls).

Kết quả thử nghiệm là các hệ số thiết kế cửa vào K, M, c, Y và các hệ số đa thức bậc năm (5th degree polynomial coefficients) mà tài liệu FHWA cung cấp.

Các hệ số đa thức bậc năm trong tài liệu FHWA không thể sử dụng trực tiếp trong HY-8 vì chúng chỉ được phát triển cho phạm vi tỷ lệ HW/D từ 0.5 đến 2.0, trong khi HY-8 yêu cầu phải hợp lệ trong khoảng từ 0.5 đến 3.0. Do đó, các hệ số đa thức phải được tính toán lại dựa trên các hệ số K, M, c và Y trong tài liệu FHWA.

Cuối tài liệu FHWA có một số khuyến nghị. Vì những khuyến nghị này là kết quả tổng hợp nghiên cứu FHWA, HY-8 đã áp dụng chúng. Các khuyến nghị này hợp nhất kết quả thử nghiệm cống hộp South Dakota thành 13 bộ hệ số khác nhau, gọi là “Sketches”, mỗi sketch đại diện cho một điều kiện cửa vào khác nhau. Sau đó, các nhà phát triển HY-8 đã hợp nhất thành 10 bộ cấu hình cửa vào được thêm vào HY-8 với tên gọi “South Dakota Concrete Box Culvert”.

Để biết thông tin chi tiết về các hệ số được sử dụng và xem sơ đồ về các cấu hình cửa cống khác nhau đã được triển khai trong HY-8, vui lòng tham khảo phần hướng dẫn về Hộp bê tông South Dakota.

4.2 Materia – Vật liệu

Các vật liệu ống cống sau đây có sẵn:

• Thép gợn sóng (Corrugated Steel)
• Tấm kết cấu thép (Steel Structural Plate)
• Nhôm gợn sóng (Corrugated Aluminum)
• Tấm kết cấu nhôm (Aluminum Structural Plate)
• Bê tông cốt thép (Reinforced Concrete)
• PVC
• HDPE trơn (Smooth HDPE)
• PE gợn sóng (Corrugated PE)

Mỗi loại cống chỉ cho phép sử dụng một số vật liệu cống nhất định. HY-8 tự động gán một giá trị Manning’s ‘n’ mặc định cho vật liệu được chọn, nhưng giá trị này có thể được thay đổi nếu người dùng mong muốn.
Để biết thêm thông tin về các loại ống nhựa (PVC, HDPE và PE), vui lòng tham khảo phần Vật liệu ống nhựa (Plastic Pipe Materials).

4.2.1 Plastic Pipe Materials – Vật liệu ống nhựa

HY-8 phiên bản 7.1 đã được cập nhật để bổ sung các loại ống nhựa khác nhau. Các loại ống nhựa sau đây và các cấu hình cửa vào liên quan đã được thêm vào HY-8 7.1:

1. PVC
   • Manning’s n (theo HDS-5): 0.009–0.011 (sử dụng 0.011)
   • Cấu hình cửa vào:
     • Square Edge with Headwall (Cạnh vuông với tường chắn)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 9 của HY8
         2. Bảng số 1-1 của HDS5
         3. Phương trình cho ống tròn với cạnh vuông và tường chắn
     • Beveled Edge (1:1) (Cạnh vát 1:1)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 6 của HY8
         2. Bảng số 3-A của HDS5
         3. Phương trình cho ống tròn với cạnh vát 1:1
     • Beveled Edge (1.5:1) (Cạnh vát 1.5:1)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 7 của HY8
         2. Bảng số 3-B của HDS5
         3. Phương trình cho ống tròn với cạnh vát 1.5:1
     • Mitered to Conform to Slope (Xoay nghiêng theo độ dốc)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 2 của HY8
         2. Bảng số 2-2 của HDS5
         3. Phương trình cho ống kim loại gợn sóng xoay theo độ dốc
2. HDPE trơn (Smooth HDPE)
   • Manning’s n (theo HDS-5): 0.009–0.015 (sử dụng 0.012)
   • Cấu hình cửa vào:
     • Square Edge with Headwall (Cạnh vuông với tường chắn)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 9 của HY8
         2. Bảng số 1-1 của HDS5
         3. Phương trình cho ống tròn với cạnh vuông và tường chắn
     • Beveled Edge (1:1) (Cạnh vát 1:1)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 6 của HY8
         2. Bảng số 3-A của HDS5
         3. Phương trình cho ống tròn với cạnh vát 1:1
     • Beveled Edge (1.5:1) (Cạnh vát 1.5:1)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 7 của HY8
         2. Bảng số 3-B của HDS5
         3. Phương trình cho ống tròn với cạnh vát 1.5:1
     • Thin Edge Projecting (Cạnh mỏng nhô ra)
       • Ghi chú:
         • Sử dụng Phương trình số 1 của HY8
         • Bảng số 2-3 của HDS5
         • Phương trình cho ống kim loại gợn sóng với cạnh mỏng nhô ra
     • Mitered to Conform to Slope (Xoay nghiêng theo độ dốc)
       • Ghi chú:
         • Sử dụng Phương trình số 2 của HY8
         • Bảng số 2-2 của HDS5
         • Phương trình cho ống kim loại gợn sóng xoay theo độ dốc

3. Corrugated PE (Ống PE gợn sóng)
   • Manning’s n (theo HDS-5): 0.009–0.015 (sử dụng 0.024)
   • Cấu hình cửa vào:
     • Square Edge with Headwall (Cạnh vuông với tường chắn)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 3 của HY8
         2. Bảng số 2-1 của HDS5
         3. Phương trình cho ống kim loại gợn sóng với cạnh vuông và tường chắn
     • Beveled Edge (1:1) (Cạnh vát 1:1)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 6 của HY8
         2. Bảng số 3-A của HDS5
         3. Phương trình cho ống tròn với cạnh vát 1:1
     • Beveled Edge (1.5:1) (Cạnh vát 1.5:1)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 7 của HY8
         2. Bảng số 3-B của HDS5
         3. Phương trình cho ống tròn với cạnh vát 1.5:1
     • Thin Edge Projecting (Cạnh mỏng nhô ra)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 1 của HY8
         2. Bảng số 2-3 của HDS5
         3. Phương trình cho ống kim loại gợn sóng với cạnh mỏng nhô ra
     • Mitered to Conform to Slope (Xoay nghiêng theo độ dốc)
       • Ghi chú:
         1. Sử dụng Phương trình số 2 của HY8
         2. Bảng số 2-2 của HDS5
         3. Phương trình cho ống kim loại gợn sóng xoay theo độ dốc

4.3 Culvert Profile and Taper Type – Biên dạng và Kiểu Thuôn Cống

Năm kiểu cống được hỗ trợ trong HY-8:

• Dạng thẳng (Straight)
• Thuôn bên (Side Tapered)
• Thuôn dốc (Slope Tapered)
• Cống Gãy Khúc Một lần (Single Broken Back Culverts)
• Cống Gãy Khúc Hai lần (Double Broken Back Culverts)

4.3.1 Straight – Dạng Thẳng

Cửa vào thẳng không có sửa đổi đặc biệt hoặc bổ sung nào từ nhà sản xuất hoặc khi thi công ngoài thực địa. Các cửa vào thẳng cho ống kim loại gợn sóng (CMP) bao gồm dạng cạnh mỏng nhô ra, ống cắt nghiêng theo độ dốc đắp hoặc ống có tường chắn. Cửa vào thẳng cho ống bê tông và hộp bê tông bao gồm đoạn rãnh chuẩn (chỉ đối với ống), và cửa vào với tường chắn và/hoặc tường cánh. Các đoạn đầu loe nối với CMP hoặc bê tông cũng được coi là cửa vào thẳng. Vì cạnh vát rất phổ biến nên cửa vào dạng thẳng trong HY-8 cũng có tùy chọn cạnh vát.

4.3.2 Side Tapered – Thuôn Bên

Tùy chọn thuôn bên cho phép áp dụng cho các cống tròn hoặc cống hộp, và được minh họa dưới đây. Một cửa vào thuôn bên cung cấp tiết diện điều khiển hiệu quả hơn nhằm tăng hiệu suất cống. Một cống tròn với cửa vào thuôn bên có tiết diện đầu vào hình elip mở rộng với phần chuyển tiếp (thuôn) đến barrel cống tròn. Các kích thước của cửa thuôn bên được nhập như sau:

• Chiều rộng mặt (Face Width) – chiều rộng của tiết diện mở rộng, ký hiệu Wf trong hình minh họa bên dưới.
• Thuôn bên (Side Taper) – (4:1 đến 6:1) (tỉ lệ ngang:dọc). Người dùng nhập số đơn vị chiều dài tường cho mỗi đơn vị thu hẹp.
• Chiều cao mặt (Face Height) – ký hiệu H_f trong hình, không được nhỏ hơn chiều cao thùng cống và không được lớn hơn 1,1 lần chiều cao thùng.

Đối với cống hộp thuôn bên, tiết diện đầu vào là hình chữ nhật mở rộng và có phần chuyển tiếp (thuôn) nối vào barrel cống hình chữ nhật. Các kích thước của cửa thuôn bên cho cống hộp được nhập như sau:

• Chiều rộng mặt (Face Width) – chiều rộng của tiết diện mở rộng.
• Thuôn bên (Side Taper) – (4:1 đến 6:1) (tỉ lệ ngang:dọc).

Nếu chiều rộng mặt được chọn không đủ rộng, tiết diện đầu vào sẽ tạo ra cao độ nước dâng cao hơn tại cổ cống so với bảng “Bảng Cải tiến Cửa vào” (“Improved Inlet Table”). Người dùng phải tiếp tục tăng chiều rộng mặt và chạy lại phân tích cho đến khi cao độ headwater không thay đổi theo chiều rộng tăng thêm. Một khi đạt đến điểm đó, tiết diện face-mặt sẽ không còn điều khiển dòng chảy nữa và được sử dụng trong phân tích và thi công. Thông tin chi tiết liên quan đến cửa vào thuôn bên có thể được tìm thấy trong Tài liệu HDS 5 của FHWA, kèm theo chương trình HY-8 và truy cập từ menu Trợ giúp (Help).

4.3.3 Slope Tapered – Thuôn theo Dốc

Cửa vào thuôn dốc giúp tăng hiệu suất cống bằng cách tạo ra một vùng trũng và một tiết diện điều khiển hiệu quả hơn tại họng cống, nơi kích thước cống giữ nguyên (xem hình minh họa bên dưới). Các kích thước của cửa vào thuôn dốc được nhập như sau:

• Chiều rộng mặt (Face Width) – chiều rộng của tiết diện mở rộng, ký hiệu Wf trong hình minh họa.
• Độ thu hẹp cạnh bên (Side Taper) – (4:1 đến 6:1) (tỉ lệ ngang:dọc). Giá trị nhập vào là số đơn vị chiều dài tường cho mỗi đơn vị độ thu hẹp.
• Độ dốc trũng (Depression Slope) – (2:1 đến 3:1) (tỉ lệ ngang:dọc). Độ dốc giữa điểm đầu vào và đáy cổ cống, ký hiệu St trong hình.
• Độ trũng tại cổ cống (Throat Depression) – độ trũng của tiết diện điều khiển so với đáy dòng. Được đo từ đáy dòng đến đáy cổ cống.
• Mặt cắt nghiêng (Mitered Face) (Y/N) – Mặt của cống được cắt nghiêng để phù hợp với độ dốc đắp.
• Chiều dài đỉnh (Crest Length) – chiều dài của đỉnh trải nhựa phía thượng lưu tại đáy dòng. Chiều dài này chỉ áp dụng khi mặt cống bị cắt nghiêng.

Nếu chiều rộng mặt (và chiều rộng đỉnh trong trường hợp mặt nghiêng) được chọn không đủ rộng, tiết diện mặt (hoặc tiết diện đỉnh) sẽ tạo ra cao độ headwater cao hơn so với họng cống. Người dùng cần tiếp tục tăng chiều rộng mặt (và/hoặc chiều rộng đỉnh trong trường hợp mặt nghiêng) và chạy lại phân tích cho đến khi cao độ nước đầu không còn thay đổi khi tiếp tục tăng chiều rộng mặt (hoặc chiều rộng đỉnh). Khi đạt đến điểm này, tiết diện mặt (và/hoặc tiết diện đỉnh) sẽ không còn điều khiển dòng chảy nữa và có thể được sử dụng trong phân tích và thi công.

Thông tin chi tiết liên quan đến cửa vào thuôn dốc có thể được tìm thấy trong Tài liệu HDS 5 của FHWA và truy cập từ menu Trợ giúp (Help).

4.3.4 Broken Back Culverts – Cống Gãy Khúc

4.3.4.1 Tổng quan

Cống gãy khúc có một hoặc nhiều thay đổi về độ dốc dọc theo chiều dài của cống. HY-8 hỗ trợ các loại cống gãy đơn và gãy đôi, tức là có một hoặc hai lần thay đổi độ dốc. Trong tài liệu này, các đoạn của cống gãy đơn được gọi là các đoạn ‘Upper’ (đoạn cao) và ‘Runout’ (đoạn thoát). Các đoạn của cống gãy đôi được gọi là ‘Upper’ (trên cao), ‘Steep’ (dốc), và ‘Runout’ (thoát).

Cống broken back được sử dụng nhằm tiết kiệm chi phí đào đắp hoặc nhằm tạo ra một cú nhảy thủy lực để tiêu tán năng lượng và ngăn ngừa xói lở trong kênh ở hạ lưu sau cống.

4.3.4.2 Phương pháp Tính toán

Để phân tích một broken back culvert, HY-8 sẽ tính toán từng đoạn như một cống riêng lẻ. HY-8 xác định thứ tự tính toán của từng đoạn dựa trên độ dốc của mỗi đoạn. Một đoạn cống được coi là “dốc” nếu độ sâu dòng chảy normal nhỏ hơn độ sâu tới hạn và được coi là “thoải” nếu độ sâu dòng chảy normal lớn hơn độ sâu tới hạn.

Bảng dưới đây trình bày thứ tự tính toán đối với các cống gãy đơn. Lưu ý rằng thứ tự này chỉ áp dụng cho lần tính toán ban đầu. Nếu cần thiết, một số đoạn sẽ được tính toán lại với điều kiện biên đã cập nhật. Thứ tự tính toán sử dụng các ký hiệu viết tắt như sau: U = Upper (đoạn cao) và R = Runout (đoạn thoát).

Bảng 4.1: Thứ tự tính toán đối với cống gãy đơn

Ghi chú:

• UR = tính đoạn Upper trước, rồi đoạn Runout.
• RU = tính đoạn Runout trước, rồi đoạn Upper.
• “X” chỉ những đoạn cần kiểm tra khả năng xảy ra nhảy thủy lực.

Bảng dưới đây trình bày thứ tự tính toán đối với cống gãy kép. Lưu ý rằng thứ tự này chỉ là thứ tự tính toán ban đầu. Nếu cần thiết, một số đoạn sẽ được tính toán lại với điều kiện biên đã cập nhật. Thứ tự tính toán được ký hiệu như sau: U = Đoạn trên (Upper), S = Đoạn dốc (Steep), và R = Đoạn thoải (Runout).

Bảng 4.2: Thứ tự tính toán đối với cống gãy kép

Để xác định mặt cắt mực nước cho từng đoạn, HY-8 xác định các điều kiện ban đầu cho mỗi đoạn của cống gãy để có thể tính toán bằng phương pháp bước trực tiếp (direct step method). Các điều kiện ban đầu mà HY-8 xác định bao gồm độ sâu nước tại đầu và cuối mỗi đoạn, hướng tính toán cho mỗi đoạn, và việc mặt nước sẽ tăng hay giảm độ sâu theo hướng dòng chảy. Các điều kiện ban đầu cho các đoạn cống gãy dốc được thiết lập dựa biểu đồ sau

4.3.4.3 Kết quả Broken Back Culvert

Khi phân tích các cống gãy khúc trong HY-8, độ sâu dòng chảy normal và độ sâu tới hạn trong Bảng Tổng kết cống sẽ không được hiển thị vì chúng có thể thay đổi ở từng đoạn. Loại dòng chảy được báo cáo là loại dòng chảy của đoạn trên.

Tùy chọn để hiển thị bảng đầu vào thuôn không khả dụng và thay vào đó có một tùy chọn Broken-Back Section. Sau khi chọn tùy chọn này, hãy chọn Upper hoặc Runout nếu là ống cống gãy lưng đơn, hoặc chọn Upper, Steep, hoặc Runout. Tùy chọn này sẽ hiển thị một bảng tương tự như Bảng Tổng kết cống, thể hiện loại dòng chảy, độ sâu dòng chảy normal và độ sâu tới hạn của đoạn ống cống được chọn.

4.4 Inlet Configurations – Cấu hình cửa vào

Chọn từ các cấu hình cửa vào sau đây, tùy thuộc vào hình dạng cống đã chọn. Các kiểu cửa vào sau có sẵn (xem hình minh họa), tuy nhiên có thể không áp dụng cho mọi hình dạng hoặc vật liệu:

• Projecting – Cửa cống nhô ra
• Grooved end with headwall – 0.05 x 0.07D – Tường chắn ở đầu + mép ống có gờ 0.05×0.07D
• Grooved end projecting – 0.05 x 0.07D – Nhô ra + mép ống có gờ 0.05×0.07D
• Square edge with headwall – Tường chắn ở đầu + mép cửa vào không vát
• Beveled – mép cửa vào vát
• Mitered to conform with fill slope – Nghiêng theo mái đắp
• Headwall – Tường chắn ở đầu

Người dùng chỉ được chọn một cấu hình cửa vào cho mỗi cống. Các giải thích chi tiết về các loại cửa vào này có thể được tìm thấy trong ấn phẩm FHWA HDS Số 5 (2001) đi kèm với chương trình.

LƯU Ý: Tài liệu HDS-5 ghi chú rằng:
“Các đoạn cuối loe rộng, được làm bằng kim loại hoặc bê tông, là những cấu kiện thường có sẵn từ nhà sản xuất. Dựa trên các thử nghiệm thủy lực có giới hạn, chúng cho hiệu quả tương đương với tường chắn trong cả chế độ kiểm soát tại cửa vào và cửa ra. Một số đoạn cuối, được thiết kế với dạng thuôn kín (closed taper), có hiệu suất thủy lực vượt trội. Những cấu kiện này có thể được thiết kế theo thông tin hướng dẫn dành cho cửa vào dạng vát (beveled inlet).”

4.5 Inlet Depression – Độ hạ thấp cửa vào so với đáy suối

Depression của cống là khoảng chênh lệch chiều cao theo phương thẳng đứng của tiết diện inlet control so với đáy suối. Việc định nghĩa Inlet Depression được thực hiện bằng cách nhập giá trị cho từng mục sau (xem hình minh họa bên dưới):

• Độ hạ (T)
• Độ dốc mái hạ (Depression Slope)
• Chiều rộng đỉnh hố hạ (Crest Width) (giá trị tối thiểu là: B + 4 × T)

4.5.1 Depression

Depression được ký hiệu là T trong Hình 4.7

4.5.2 Depression Slope
Depression Slope là độ dốc giữa đáy suối và đáy cửa cống. Độ dốc này phải được đặt trong khoảng từ 2:1 đến 3:1. Độ dốc đáy suối được ký hiệu là S₀ trong Hình 4.7.

4.5.3 Crest Width
Crest width là chiều dài của đỉnh tràn tại đỉnh của hố hạ Giá trị tối thiểu là B + 4*T. Việc thiết kế chiều rộng này (crest width) trở thành một quá trình lặp trong HY-8 vì người dùng phải chọn một giá trị đủ lớn để không tạo ra sự kiểm soát kết quả tính toán mực nước headwater. Nếu crest width được chọn không đủ lớn, tiết diện tại đỉnh (mép đỉnh của hố) sẽ tạo ra mực nước headwater cao hơn so với họng cống. Người dùng cần tiếp tục tăng chiều rộng mép đỉnh và chạy lại phân tích cho đến khi độ sâu mực nước headwater không còn thay đổi theo chiều rộng mép đỉnh nữa. Khi đó, phần mép đỉnh sẽ không còn chi phối đến tính toán và có thể được sử dụng trong thiết kế và thi công.

4.6 Embedment Depth – Độ chôn cống

“Độ chôn cống” là độ sâu tính từ đáy trong của lòng cống đến đỉnh lớp vật liệu phủ trong lòng cống.

Có hai cách để người dùng mô phỏng độ chôn cống trong HY-8. Cách thứ nhất là nhập độ chôn, sau đó HY-8 sẽ tính toán hình học cần thiết và sử dụng các hệ số đa thức (nếu có). Nếu không có các hệ số này, HY-8 sẽ dùng phương pháp nội suy.
Cách thứ hai là chọn hình dạng cống do người dùng tự xác định (user-defined) và nhập thủ công các thông số hình học. Các hình dạng do người dùng tự xác định sử dụng hệ số nội suy để xác định tiết diện inlet control .

Một mẹo hữu ích để xác định hình học là chọn một hình dạng có sẵn (ví dụ: tròn), nhập chiều cao, khẩu độ và độ chôn, nhấn “Analyze Crossing”, sau đó nhấn “Edit Crossing” để quay lại. Tiếp theo, chuyển hình dạng sang “User-Defined” – khi đó, hình học đã nhập trước đó sẽ được giữ nguyên trong dạng hình học do người dùng xác định.

Để biết thêm về hệ số đa thức so với hệ số nội suy, hãy xem phần Inlet Control Computations.

Chi tiết hơn, khi độ chôn lớn hơn 0 được nhập, HY-8 sẽ mô phỏng cống được chôn.
Nếu cống có dạng hình tròn, từ phiên bản HY-8 7.3 trở đi, phần mềm sẽ sử dụng phương trình đa thức bậc 5 với các hệ số lấy từ nghiên cứu để tính toán mực nước đầu cống.
Nếu hình dạng là Concrete Box hoặc South Dakota Concrete Box, HY-8 sẽ dùng phương trình bậc 5 không chôn được điều chỉnh lại cho hình dạng mới. Các hình dạng khác và các phiên bản HY-8 cũ sẽ sử dụng phương pháp nội suy với hệ số lấy từ Biểu đồ 52B trong tài liệu HDS-5. Phương pháp nội suy này không dùng dữ liệu đặc thù cho từng hình dạng, mà mang tính tổng quát hơn.

Nếu HY-8 sử dụng phương pháp nội suy, nó sẽ tự xác định tọa độ và xử lý hình dạng như là một “User Defined”. Do đó, chỉ có các loại cửa vào và cấu hình cửa vào thuộc nhóm “User Defined” là khả dụng. Đây là điểm khác biệt quan trọng so với các tính toán cho cống không chôn thuộc các dạng: Concrete Box, Elliptical và Pipe Arch.

Phiên bản HY-8 7.3 đã bổ sung các hệ số đa thức cho cống tròn nhằm xác định độ sâu điều khiển tại cửa vào. HY-8 sử dụng các hệ số lấy từ dự án NCHRP 15-24, được tổng hợp trong báo cáo NCHRP 734. Báo cáo này cung cấp các hệ số cho cống tròn được chôn với các tỷ lệ 20%, 40% và 50%. HY-8 sẽ nội suy tuyến tính giữa các hệ số tương ứng với mức độ chôn được chỉ định; tuy nhiên, nếu độ chôn vượt ngoài phạm vi dữ liệu, bộ hệ số gần nhất sẽ được sử dụng.

Các hệ số được sử dụng trong HY-8 7.3 cho cống tròn được xác định dựa trên dữ liệu có lỗi toán học như đã được công bố trong báo cáo NCHRP 734. Thêm vào đó, dữ liệu cho trường hợp cống tròn chôn và có đầu vào vát 50% cũng không chính xác. Những vấn đề này dẫn đến kết quả sai khi tính toán độ sâu mực nước đầu trong các cống tròn chôn.

Dữ liệu sai trong trường hợp cống tròn vát 50% đã được thay thế bằng dữ liệu gốc đã phục hồi. Tuy nhiên, dữ liệu này vẫn chứa lỗi toán học giống như trong các bảng khác và cần được hiệu chỉnh thêm như mô tả bên dưới.

Việc rà soát dữ liệu độ chôn phát hiện rằng các giá trị AD^0.5 là không chính xác. Các giá trị này đã được chỉnh sửa và các hệ số mới cho phương trình đa thức bậc 5 đã được xác định lại để phù hợp với đường cong dựa trên dữ liệu đã hiệu chỉnh.

Việc rà soát kết quả cho thấy phạm vi dữ liệu ban đầu không đủ rộng để cung cấp kết quả ổn định ở các độ sâu mực nước đầu lớn hơn. Dữ liệu đã được mở rộng theo xu hướng của đường cong không chôn để mang lại kết quả tốt hơn ở các độ sâu lớn này. Mỗi đường cong được mở rộng để ổn định đến tỉ số HW/D = 10.0. Việc này giúp đường cong ổn định ở phần vượt ngoài phạm vi dữ liệu gốc, đồng thời vẫn duy trì được độ chính xác tương đương với dữ liệu thực nghiệm ban đầu.

Sau khi áp dụng các hệ số vào chương trình HY-8, các nhà phát triển đã tạo mô hình thử nghiệm trong HY-8 và kiểm tra kết quả của phần mềm với cả dữ liệu thử nghiệm ban đầu và dữ liệu đã được hiệu chỉnh.

Để có thêm thảo luận chi tiết về quy trình và kết quả cập nhật các hệ số này, hãy xem tài liệu “Reviewing Coefficients in Embedded Circular Culverts from NCHRP Report 734”, được tích hợp sẵn trong HY-8 và có thể tìm thấy trong menu trợ giúp.

Khi một cống được chôn, người dùng cần khai báo hệ số nhám Manning’s n cho cả phần trên và phần dưới, để phần mềm xử lý đặc tính thủy lực của cống và vật liệu bao quanh trong quá trình phân tích.

Cuối cùng, nếu người dùng nhập độ chôn (embedment depth), tất cả các loại vật liệu có sẵn cho hình dạng cống đã chọn vẫn sẽ được hiển thị để chọn. Tuy nhiên, loại vật liệu được chọn sẽ được chuyển đổi nội bộ thành một trong hai loại vật liệu do người dùng định nghĩa, theo bảng sau:

4.7 Site Data – Dữ liệu hiện trường

4.7.1 Site Data Input Option – Tùy chọn nhập dữ liệu hiện trường

Dữ liệu hiện trường mô tả vị trí và chiều dài của cống trong phạm vi mái đắp. Phần mềm sẽ điều chỉnh chiều dài cống dựa trên dữ liệu hiện trường, loại cống, chiều cao cống và độ lõm. Các tùy chọn sau đây có thể được sử dụng để nhập dữ liệu hiện trường:

• Dữ liệu đáy cống (Culvert Invert Data)
• Dữ liệu chân mái đắp (Embankment Toe Data)

4.7.2 Culvert Invert Data – Dữ liệu đáy cống

Tùy chọn dữ liệu đáy cống được sử dụng để nhập tọa độ đã biết của đáy cống. Tùy chọn này thường được dùng để phân tích các cống đã có sẵn. Tọa độ được xác định bằng các thông số đầu vào sau, như minh họa trong hình dưới:

• Inlet Station – lý trình tại đáy cửa vào cống
• Inlet Elevation – cao độ tại đáy cửa vào cống
• Outlet Station – lý trình tại đáy cửa ra cống, phải lớn hơn inlet station
• Outlet Elevation – cao độ tại đáy cửa ra cống
• Number of Barrels – số ống cống; mặc định là 1, tuy nhiên người dùng có thể thay đổi giá trị này.

4.7.3 Embankment Toe Data – Dữ liệu chân nền đường

Dữ liệu chân nền đường được sử dụng để mô tả phần đất đắp nơi cống sẽ được đặt vào. Tại bước này chưa cung cấp kích thước cống, và mục tiêu của người thiết kế là lắp đặt cống sao cho phù hợp với mặt cắt ngang đường được thiết kế khi hình học được cung cấp từ bản vẽ thiết kế. Khi chiều cao cống đã được nhập, chương trình sẽ tính toán tọa độ và cao độ đáy cống (xem hình minh họa bên dưới). Các tham số sau do người dùng xác định và được thể hiện trong hình:

• Upstream Station – lý trình (m hoặc ft) tại giao điểm phía thượng lưu giữa đáy suối hoặc kênh và mái đắp. Hướng tăng lý trình có thể là từ thượng lưu về hạ lưu hoặc ngược lại
• Upstream Elevation – cao độ đáy suối (m hoặc ft) tại vị trí thượng lưu
• Upstream Embankment Slope – độ dốc mái đắp phía thượng lưu của nền đường (m/m hoặc ft/ft)
• Downstream Station – lý trình (m hoặc ft) tại giao điểm phía hạ lưu giữa đáy suối hoặc kênh và mái đắp. Hướng tăng lý trình có thể là từ thượng lưu về hạ lưu hoặc ngược lại
• Downstream Elevation – cao độ đáy suối (m hoặc ft) tại vị trí hạ lưu
• Downstream Embankment Slope – độ dốc mái đắp phía hạ lưu đường (m/m hoặc ft/ft)
• Number of Barrels – số lượng ống cống; mặc định của chương trình là 1 ống, tuy nhiên người dùng có thể đặt nhiều ống có đặc tính giống nhau

Có thể nhập độ dốc bằng zero hoặc dốc ngược. Lý trình có thể được nhập theo thứ tự tăng dần hoặc giảm dần.